淺談國內(nèi)外控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李斌　程志超　聶鵬飛　高軍偉

摘 要 工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計算機(jī)和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。

關(guān)鍵詞 控制系統(tǒng) PLC 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢

中圖分類號：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

目前，我國相關(guān)行業(yè)自動控制系統(tǒng)多采用DCS（集散控制系統(tǒng)）、FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）以及PLC（可編程控制器控制系統(tǒng)）三大控制系統(tǒng)。

PLC是二十世紀(jì)六十年代發(fā)展起來的一種自動控制裝置，是一種嵌入式的工控機(jī)，它以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算功能，既能進(jìn)行開關(guān)量控制，還具有通信功能。隨著自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC的發(fā)展十分迅速，一方面繼續(xù)開發(fā)簡易、價格低廉、超小型產(chǎn)品，另一方面轉(zhuǎn)向大型、多功能、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化產(chǎn)品的研制。在單臺設(shè)備的自動化、多臺設(shè)備自動化和整個工廠的生產(chǎn)過程自動化方面，PLC在其中充當(dāng)著重要作用。一般具有以下特點(diǎn)：（1）編程簡單，它是面向用戶的設(shè)備；（2）控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單，通用性強(qiáng)；（3）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；（4）體積小，維護(hù)方便；（5）縮短了設(shè)計、施工、投產(chǎn)調(diào)試的周期；（6）功能齊全；（7）具有良好的性價比。

比起以往使用的標(biāo)準(zhǔn)自動化元件，PLC采用安全繼電器的方法，這種方法在功能上具有一定的靈活性，也是低成本的方案。

為了滿足閉環(huán)控制、位置及運(yùn)動控制應(yīng)用的要求，需要準(zhǔn)確和可重復(fù)的循環(huán)時間?，F(xiàn)在的PLC系統(tǒng)允許采集、處理和輸出信號與數(shù)據(jù)傳輸速率同步。現(xiàn)代的PLC特征在于大型、技術(shù)的可升級性，如計算、測量、位置、閉環(huán)控制等。

計算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，不斷成倍擴(kuò)大的功能和成倍降低的價格，使可編程控制器（PLC）、通訊聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、過程控制軟件都獲得了長足進(jìn)步，為工業(yè)自動化控制注入前所未有的生機(jī)和活力，也使利用PLC及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來開發(fā)集成DCS成為可能?，F(xiàn)在 PLC的發(fā)展己發(fā)生根本的變化，其主要在以下方面有了很大的進(jìn)展：

（1）人機(jī)界面更加友好。PLC制造商大大提高了其軟件水平，多數(shù)PLC品牌擁有與之相應(yīng)的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的性能，同時，為用戶的開發(fā)和維護(hù)降低了成本，更易形成人機(jī)友好的控制系統(tǒng)，目前，PLC+網(wǎng)絡(luò)+IPC+CRT的模式被廣泛應(yīng)用。

（2）網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大加強(qiáng)，安全性能不斷提高。PLC廠家在原來CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的基礎(chǔ)上，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近來數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶開放性要求很強(qiáng)烈，現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。

（3）今開放性和互操作性大大發(fā)展?；趪H標(biāo)準(zhǔn)的開放設(shè)計，允許與第三方軟硬件的技術(shù)融合，PLC的功能進(jìn)一步增強(qiáng)，應(yīng)用范圍越來越廣泛。

向高功能、高速度和大容量發(fā)展，形成可與DCS媲美的大型系統(tǒng)，PLC的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬量處理能力、運(yùn)算速度、內(nèi)存、復(fù)雜運(yùn)算能力均大大增強(qiáng)，不再局限于邏輯控制的應(yīng)用，而越來越應(yīng)用于過程控制方面，有人統(tǒng)計，除石化過程等個別領(lǐng)域PLC均有成功應(yīng)用，PLC在相當(dāng)多的應(yīng)用取代了昂貴的DCS，從而使原來PLC（順序控制）+DCS（過程控制）的模式變成PLC+IPC模式。工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展對PLC有重要影響，以太網(wǎng)應(yīng)用非常廣泛，與其它工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相比，其成本非常低，為此，人們致力于將以太網(wǎng)引進(jìn)控制領(lǐng)域。目前的挑戰(zhàn)在于：（1）硬件上如何適應(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境；（2）通訊機(jī)制如何提高其可靠。以太網(wǎng)能否順利進(jìn)入工控領(lǐng)域，還存在爭論。但以太網(wǎng)在工控系統(tǒng)的應(yīng)用卻日益增多，適應(yīng)這一過程，各 PLC廠商紛紛推出適應(yīng)以太網(wǎng)的產(chǎn)品或中間產(chǎn)品。

目前，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，新型PLC系統(tǒng)在穩(wěn)定可靠及低故障率基礎(chǔ)上，增強(qiáng)了計算速度、通訊性能和安全冗余技術(shù)。PLC技術(shù)的發(fā)展將能更加滿足工業(yè)自動化的需要，能夠?yàn)樽詣踊刂茟?yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案。

DCS是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場儀表（現(xiàn)場測控站）的3級結(jié)構(gòu)。DCS是一種比較成熟的控制技術(shù)，目前DCS控制系統(tǒng)多用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制，如石化等。

FCS控制系統(tǒng)是一個由現(xiàn)場總線、現(xiàn)場智能儀表和PLC， IPC組成的系統(tǒng)?，F(xiàn)場智能儀表、PLC和監(jiān)控機(jī)之間通過一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信網(wǎng)絡(luò)連接成FCS控制系統(tǒng)。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是目前自動化技術(shù)中的一個熱點(diǎn)，代表了工業(yè)控制領(lǐng)域今后的一種發(fā)展方向，具有開放性、互操作性、分散性，在現(xiàn)場總線級實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量輸，信號傳送精度高，現(xiàn)場控制的靈活性強(qiáng)，易于維護(hù)，是今后自動控制系統(tǒng)采的趨勢。正受到國內(nèi)外自動化設(shè)備制造商與用戶越來越強(qiáng)烈的關(guān)注。隨著電子技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及軟件技術(shù)的發(fā)展，PLC， DCS及FCS控制系統(tǒng)之間的界限已經(jīng)越來模糊，都致力于為各種工業(yè)控制應(yīng)用提供集成的、新一代控制平臺.在此平臺上用戶只需通過模塊化、系列化的軟件和硬件產(chǎn)品組合，即可 “量身定制”其控系統(tǒng)。

盡管隨著工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展深入，最終走上融合，不同的控制系統(tǒng)正逐步趨于一致，但各種控制系統(tǒng)都有自己的應(yīng)用特點(diǎn)和適用范圍，用戶都是針對不同的控制環(huán)境和技術(shù)要求而選定不同的控制系統(tǒng)

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